Implementacion-del-modelo-hidrologico-SWAT--modelacion-y-simulacion-multitemporal-de-la-variacion-de-escorrenta-en-la-cuenca-del-Lago-de-Cuitzeo

Vista previa del material en texto

FACULTAD DE FILOSOFÍA Y LETRAS 
 
CENTRO DE INVESTIGACIONES EN GEOGRAFÍA AMBIENTAL 
 
MAESTRÍA EN MANEJO INTEGRADO DEL PAISAJE 
 
 
 
IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO HIDROLÓGICO 
SWAT: MODELACIÓN Y SIMULACIÓN 
MULTITEMPORAL DE LA VARIACIÓN DE 
ESCORRENTÍA EN LA CUENCA DEL LAGO DE 
CUITZEO 
 
 
 
PRESENTA: 
 
ALBERTO ORTIZ RIVERA 
 
 
 DIRECTOR DE TESIS: 
 
DR. MANUEL E. MENDOZA CANTÚ 
 
 
 
 
 
 
Morelia, Michoacán 2010 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
DERECHOS RESERVADOS © 
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL 
 
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal 
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). 
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea 
objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
Agradecimientos 
 
A mi familia que me brindaron su confianza y apoyo incondicional para continuar con mi 
preparación profesional, sin ustedes no hubiera sido posible obtener estos logros, por lo que este 
trabajo se los debo a ustedes. 
A mi mesa sinodal por brindarme sus experiencia y revisiones para darles forma y estructura al 
trabajo de tesis. 
Dr. Ana Burgos T. 
Dr. Erna López G. 
Dr. Francisco Bautista Z. 
Dr. Manuel E. Mendoza C. 
Dr. Miguel Bravo E. 
A mis compañeros y amigos, quienes no solo me ayudaron con el trabajo de campo, sino que 
además intercambiamos puntos de vista, criticas, su apoyo. Gracias por estar. 
Al CONACYT por la beca otorgada para la realización y finalización de esta tesis. 
A todas aquellas personas que de manera directa o indirecta participaron en la elaboración de la 
tesis. Muchas gracias a todos. 
 
i 
 
Contenido 
Índice de Cuadros .......................................................................................................................................... ii 
Índice de Figuras .......................................................................................................................................... iii 
RESUMEN ...................................................................................................................................................... v 
Capítulo I ....................................................................................................................................................... 1 
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 1 
 MARCO TEORICO ...................................................................................................................................... 4 
ANTECEDENTES ....................................................................................................................................... 13 
JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................................ 18 
OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 19 
HIPÓTESIS ................................................................................................................................................ 20 
Capítulo II .................................................................................................................................................... 21 
Descripción del área de estudio .............................................................................................................. 21 
Materiales y métodos ............................................................................................................................. 36 
Descripción del modelo SWAT ................................................................................................................ 37 
Capítulo IV ................................................................................................................................................... 67 
Discusión ................................................................................................................................................. 67 
Conclusiones ........................................................................................................................................... 72 
ANEXO 2 ...................................................................................................................................................... 87 
Pre procesamiento e Ingreso de datos ...................................................... .............................................43 
Capítulo III ...................................................................................................... .............................................51 
Resultados .................................................................................................. .............................................51 
Referencias bibliográficas ............................................................................................................................75 
ANEXO 1 .......................................................................................................................................................84 
 
ii 
 
Índice de Cuadros 
Cuadro 4. Grupos de Suelo de la cuenca, su extensión y porcentaje para la cuenca del lago de 
Cuitzeo ......................................................................................................................................................... 29 
Cuadro 5. Unidades de suelo dominante y su grupo hidrológico propuesto ............................................. 45 
Cuadro 6. Reclasificación y generalización a las clases SWAT de las capas de cobertura y uso del 
terreno ........................................................................................................................................................ 47 
Cuadro 7. Estaciones meteorológicas empleadas en este estudio ............................................................. 48 
Cuadro 8. Datos de las simulaciones realizadas por SWAT para los distintos años de cambio .................. 53 
Cuadro 9. Porcentaje por clase de cobertura y uso del terreno para cada año de cambio ....................... 56 
Cuadro 10. Datos de las simulaciones realizadas por SWAT para cada año haciendo cambios en las 
coberturas ................................................................................................................................................... 58 
Cuadro 11. Datos de las simulaciones realizadas por SWAT manteniendo la cobertura durante 
todos los años ............................................................................................................................................. 60 
Cuadro 12. Escurrimiento en mm por subcuenca y el efecto positivo o negativo de este 
escurrimiento para el año de 1975 y el 2008 ............................................................................................. 61 
Cuadro 13. Escurrimiento en mm por subcuenca y el efecto positivo o negativo de este 
escurrimiento para el año de 1975 y 1996................................................................................................. 64 
 
Cuadro 1. Datos morfométricos para la Cuenca del lago de Cuitzeo ........................................................22 
Cuadro 2. Nombre de la subcuenca y el área que ocupan .........................................................................25 
Cuadro 3. Municipios que integran la cuenca del lagode Cuitzeo ..............................................................28 
iii 
 
Índice de Figuras 
 
Figura 1. Ubicación de la zona de estudio. ................................................................................................. 21 
Figura 2. Perfil de la cuenca del lago de Cuitzeo ......................................................................................... 22 
Figura 3. Perfil 2 de la cuenca del lago de Cuitzeo ...................................................................................... 23 
Figura 4. Representación de un lomerío alto cubierto por bosque mixto en la parte norte de la 
cuenca, en los límites de los Estados de Michoacán y Guanajuato ............................................................ 24 
Figura 5. División de la Cuenca de Cuitzeo en subcuencas ......................................................................... 24 
Figura 6. Hidrografía de la cuenca del lago de Cuitzeo ............................................................................... 26 
Figura 8. Municipios que forman parte de la cuenca del lago de Cuitzeo .................................................. 28 
Figura 9. Unidades de suelo para la cuenca de Cuitzeo, de acuerdo a FAO, 1990 ..................................... 30 
Figura 10. Problemática de erosión presente en algunas zonas de la cuenca. Este problema afecta 
menos de 2% de la superficie total de la cuenca ........................................................................................ 31 
Figura 11. Vista de algunos bosques y laderas inclinadas en diferentes puntos de la cuenca, desde 
bosques mixtos en la foto superior en los límites del Estado del Michoacán, pequeños manchones 
de bosque de juníperos en la foto inferior izquierda y del lado derecho otro bosque mixto estos 
dentro de la subcuenca de Queréndaro ..................................................................................................... 32 
Figura 12. Matorrales subtropicales que se encuentran dentro de la cuenca, este tipo de cobertura 
vegetal y representativa de la parte centro y norte de la cuenca .............................................................. 32 
Figura 13. Pastizales ocupados por actividad pecuaria, en la zona central de la cuenca ........................... 33 
Figura 14. Imagen de una zona inundable al norte de la cuenca ................................................................ 33 
Figura 15. Tipos de cobertura y uso del terreno para la cuenca del lago de Cuitzeo 1975 ........................ 34 
Figura 16. Tipos de cobertura y uso del terreno para la cuenca del lago de Cuitzeo 2008 ........................ 34 
Figura 17. Método general empleado en esta investigación ...................................................................... 42 
Figura 18. Vista del proceso de generación del MDE .................................................................................. 44 
Figura 7. Ubicación de las estaciones meteorológicas en la cuenca del lago de Cuitzeo............................27 
iv 
 
Figura 19. Diferentes perfiles de suelo realizados durante el trabajo de campo, estos 
complementaron la base de datos de INEGI, todos estos realizados en la subcuenca de San Marcos ..... 45 
Figura 20. Reclasificación de la cobertura y uso del terreno bajo la interfaz de ArcSWAT ........................ 46 
Figura 21. Ubicación de las estaciones meteorológicas utilizadas en este estudio .................................... 49 
Figura 22. Ejemplificación gráfica de la generación semiautomatizada por ArcSWAT. .............................. 50 
Figura 23. Delimitación de subcuencas por la extensión ArcSWAT ............................................................ 51 
Figura 24. Mapa de distribución de la precipitación y temperatura realizada por la extensión 
ArcSWAT ...................................................................................................................................................... 52 
Figura 25. Comportamiento gráfico de las simulaciones realizadas por SWAT para los distintos años 
de cambio .................................................................................................................................................... 53 
Figura 26. Porcentajes de coberturas y usos del terreno para los diferentes años de cambio .................. 55 
Figura 27. Comportamiento gráfico de las simulaciones realizadas por SWAT para cada año 
haciendo cambios en las coberturas ........................................................................................................... 57 
Figura 28. Comportamiento gráfico de las simulaciones realizadas por SWAT manteniendo la 
cobertura durante todos los años ............................................................................................................... 59 
Figura 29. Mapa de distribución de escurrimiento de la diferencia de los años 1975 y 2008 ................... 62 
Figura 30. Porcentajes de coberturas y usos del terreno para 1975 y 2008............................................... 63 
Figura 31. Mapa de distribución de escurrimiento de la diferencia de los años de 1975 y 1996 .............. 65 
Figura 32. Porcentajes de coberturas y usos del terreno para 1975, 1996 y 2008..................................... 66 
 
v 
 
RESUMEN 
 
 
El agua cubre aproximadamente el 75% de la superficie terrestre; es fundamental 
tanto para procesos ambientales, sociales e indispensable para el surgimiento y 
desarrollo de la vida. 
 
Casi todos los países vienen reconociendo a las grandes cuencas hidrográficas 
como los territorios más apropiados para conducir los procesos de manejo, 
aprovechamiento, planeación y administración del agua. Una herramienta que se 
utiliza, son programas de modelación hidrológica que utilizan variables temporales 
y espaciales para simular el flujo de agua, así como las entradas y salidas de un 
área determinada y que a su vez están integrados en Sistemas de Información 
Geográfica (SIG). 
 
Para ese estudio se decidió emplear el modelo Soil and Water Assessment Tool 
(SWAT), el cual se diseñó para ser aplicado en cuencas hidrográficas grandes, 
además es avalado por su amplia aplicación a cuencas de todo el mundo con las 
más diversas características, contempla e integra un número muy considerable de 
submodelos y parámetros. 
 
La cuenca del lago de Cuitzeo, es una cuenca endorreica lacustre, con una 
superficie de 4 000 km2. Tiene un gradiente altitudinal que va de los 1300 a los 
3600 msnm. Es una cuenca relativamente plana y con poca amplitud de relieve. 
La mayor densidad de escurrimientos se localiza hacia la porción elevada del sur 
de la cuenca; los escurrimientos en la porción norte son escasos, con un patrón 
poco desarrollado. El clima predominante corresponde al templado con lluvias en 
verano. La cuenca tiene una importante superficie ocupada por actividades 
rurales; sin embargo, la población de la cuenca es predominantemente urbana y 
tiende a concentrarse en 26 asentamientos. 
 
Para este caso el SIG utilizado es ArcGIS y extensión ArcSWAT; los insumos 
requeridos son el Modelo Digital de Elevación, mapas de tipo de suelo, cobertura y 
uso del suelo, además de datos de lluvia, temperatura del aire, radiación solar, 
velocidad del viento y humedad relativa. Se simularon cinco años de cambio, 
comprendidos entre 1975 y el 2008. Los valores de escurrimiento anual nos dan 
una perspectiva global y reducida, sin embargo las tendencia de los datos al hacer 
el análisis para un año cambiando la cobertura (es decir, precipitación constante), 
con un escurrimiento menor para el año de 1996 en todos los casos y para el 2008 
vi 
 
un escurrimiento superior, pero menor al de 1975. Estos resultados sugieren que 
la cobertura vegetal actual de la cuenca está en una mejor condición que en la 
década de los 70s. 
 
Sin embargo, hay otros factores que afectan las simulacionesy no solo atribuirlo a 
los cambios de cobertura y uso del terreno. Además el área de influencia de cada 
subcuenca y el aporte de escurrimiento de cada una también puede ser un factor, 
así como la distribución y agrupamiento de los parámetros climáticos por parte del 
modelo. Para el caso de simulaciones dejando permanente la cobertura para 
todos los años muestran la misma tendencia que para las simulaciones sin ningún 
cambio. 
Si bien los parámetros del modelo SWAT no fueron calibrados, ni se realizó una 
análisis de sensibilidad para conocer cuales parámetros son más sensibles a 
cambios pequeños, el funcionamiento de un modelo sin calibración es un 
importante indicador de que tan bien funciona el modelo cuando no hay datos de 
aforo, como es el caso de muchos países. Esto es particularmente útil para el 
modelo SWAT, porque su uso está recomendado para cuencas que no cuentan 
con registros de aforo. 
Establecer las consecuencias físicas y económicas de la degradación de las 
cuencas nos permitiría conocer la importancia de los servicios ecológicos que 
brindan. Además sería un primer paso encaminado hacia la planificación y manejo 
de cuenca. 
 
Hidrología; Modelos Hidrológicos; Cuenca; Escurrimiento; SIG; modelo SWAT 
 
1 
 
Capítulo I 
 
INTRODUCCIÓN 
 
Contrario a lo que puede parecer a simple vista, el agua es un recurso finito. Se ha 
estimado que existen alrededor de mil 400 millones de kilómetros cúbicos de agua en 
el planeta, de los cuales sólo 2.5% es agua dulce. Este pequeño porcentaje se localiza 
principalmente en los ríos, lagos, glaciares, mantos de hielo y acuíferos del planeta. 
Casi tres cuartas partes del agua dulce del planeta están contenidas en los glaciares y 
mantos de hielo, de los cuales alrededor de 97% son inaccesibles para su uso, ya que 
se encuentran en la Antártica, el Ártico y Groenlandia. Los glaciares continentales, así 
como el hielo y las nieves perpetuas de volcanes y cadenas montañosas constituyen 
una fuente explotable de agua, por lo que son parte importante de los recursos hídricos 
de muchos países (SEMARNAT, 2008). 
 
El movimiento del agua entre la superficie del planeta y la atmosfera es descrito con el 
apoyo del modelo conceptual del ciclo hidrológico. Este ciclo depende de una serie de 
factores bióticos, abióticos y climáticos cuyas características facilitan o dificultan el flujo 
de agua de la tierra a la atmósfera y viceversa. Algunos de los elementos que 
participan de manera directa o indirecta en el ciclo hidrológico son: los suelos, 
topografía, cobertura vegetal, clima, cuerpos de agua, sol y otros (Gayoso et al., 2000). 
 
En Mexico, los cálculos de los compartimientos y flujos indican que la precipitación 
media anual estimada varía entre 772 y 777mm, con un escurrimiento medio de entre 
953 000 m3 a 1 570 000 Mm3, distribuidos en las 320 cuencas hidrográficas que 
constituyen nuestro país, en cuya parte más baja, el cuerpo receptor es casi siempre 
un río o un arroyo. De 60 a 72% de esa precipitación se pierde por evaporación y de 10 
a 20% por infiltración; el promedio de agua restante entre el 10 y 28% llega a los ríos, 
es decir, entre 410 000 y 420 000 Mm3 (Alcocer, 2002; Aldama, 2002). 
 
Sin embargo, ya que México se caracteriza por un patrón de distribución climática que 
obedece a la complejidad de su fisiografía, topografía y su ubicación latitudinal, la 
precipitación se distribuye de manera desigual a lo largo del territorio nacional, en 
consecuencia la distribución de la escorrentía superficial es heterogénea sobre el 
territorio nacional. 
 
2 
 
La forma de abordar un estudio hidrológico de una región debe ser a través de una 
cuenca. Donde la conceptualización de cuenca hidrográfica está referida a un espacio 
físico perfectamente definido por sistemas topográficos y geológicos que permiten 
delimitar territorialmente una superficie de drenaje común, en donde interactúan los 
sistemas físicos-bióticos y socioeconómicos. Por lo tanto el espacio de las cuencas 
hidrográficas, dentro del proceso de administración racional de los recursos naturales, 
se debe tomar como la unidad de planeamiento dentro de la cual se puede plantear la 
definición del uso de los recursos y determinar el efecto que tal uso origina sobre los 
propios recursos (Villarroel, 2003). 
 
La gestión del agua se considera un proceso fundamental para la planeación y el 
manejo de los recursos naturales con fines de sostenibilidad (Brooks et al., 1991). El 
conocimiento de la hidrología es necesario para determinar reservas, demandas y 
suministros de agua, para predecir fenómenos de frecuencia extrema (inundaciones, 
desbordes, sequías) y preservar la calidad del agua (Baker et al., 1995). 
 
De acuerdo con la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), y el Comité Cuenca Agua 
del Valle de México (CAVM), en el mundo moderno, casi todos los países están 
reconociendo a las grandes cuencas hidrográficas como los territorios más apropiados 
para conducir los procesos de manejo, aprovechamiento, planeación, administración 
del agua y recursos asociados (suelo, vegetación). 
 
Como herramientas de ayuda para el análisis de los recursos hídricos se utilizan 
programas de modelación hidrológica, que utilizan variables temporales y espaciales 
para simular el flujo de agua, así como las entradas y salidas, de una cuenca 
determinada, ya sea grande o pequeña. 
 
El uso de modelos se ha incrementado en las últimas décadas gracias al 
perfeccionamiento de los sistemas de cómputo y a la necesidad de complementar el 
entendimiento que tenemos sobre la naturaleza. Si bien el uso principal de los modelos 
es comunicar un punto de vista de la realidad y en el mejor de los casos resulta sólo 
una aproximación a ésta. No obstante esta última característica, muchos de ellos son 
útiles para entender un problema en particular o para predecir el comportamiento de un 
sistema. En cualquiera de los dos casos, el usuario debe de estar consciente de estas 
limitaciones (Peréz-Maqueo et al., 2006). 
 
Además del uso de los modelos para interpretar la complejidad de una situación, en 
ocasiones se pueden extrapolar los resultados a escalas espaciales o temporales 
mayores o niveles de organización más altos. 
 
3 
 
Cuando se necesita información de los parámetros hidrológicos a nivel de detalle, para 
sitios específicos o para la totalidad de un territorio, el cálculo y la aplicación tradicional 
de las fórmulas resulta muy complejo e incluso impracticable. El uso de herramientas 
técnicas como los Sistemas de Información Geográfica (SIG), genera información de 
manera relativamente rápida y con cierto grado de incertidumbre, pero no tan costosa, 
incluso sin contar con datos reales, sino estimados a través de la consideración de 
supuestos básicos asociados a las características climáticas, tipos de suelos, áreas de 
escurrimiento, pendientes, etc., en cuyo caso se tendría una primera aproximación o 
evaluación preliminar, implementar medidas, llevar a cabo el seguimiento o monitoreo y 
con al paso del tiempo hacer adaptaciones o afinar el modelo o modelos espaciales 
construidos que sean más propias de las condiciones del lugar (Belmonte, S. y Núñez 
V., 2006). 
 
4 
 
MARCO TEORICO 
¿Qué es la Hidrología? 
La definición de hidrología de acuerdo con la UNESCO (1968), hace referencia a que 
es una ciencia que trata el agua de la Tierra, tanto sus propiedades químicas y físicas, 
y las reacciones con el ambiente, incluyendo sus relaciones con las elementos vivos. El 
dominio de la hidrología abarca la historia del agua sobre toda la vida en la Tierra. 
Eagleson (1991), define que la hidrología es la ciencia que trata la incidencia, la 
distribución, la circulación y las propiedades del agua en la Tierra. Evidentemente, es 
una ciencia multidisciplinaria, ya que a través del ciclo hidrológico es importante y 
afectado por factoresfísicos, químicos y biológicos en todos los compartimentos del 
sistema Tierra: atmósfera, los glaciares y las capas de hielo, la tierra sólida, ríos, lagos 
y océanos. 
Según el Committee on Opportunities in the Hydrologic Sciences (COHS, 1991) la 
hidrología es descrita como en una geociencia distinta con un fuerte carácter 
interdisciplinario. La corriente base de la hidrología mezcla los aspectos naturales y las 
alteraciones físicas, químicas y de los sistemas biológicos, además incorpora 
cuestiones de ingeniería, así como de las ciencias sociales. 
Literalmente hablando la hidrología es la ciencia del agua. Etimológicamente se 
denomina hidrología (del griego Yδωρ (hidro): agua, y Λoγos (logos): estudio) a 
la ciencia geográfica que se dedica al estudio de la distribución, espacial y temporal, y 
las propiedades del agua presente en la atmósfera y en la corteza terrestre. Incluye 
las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del suelo, la evapotranspiración y el 
equilibrio de las masas glaciares. Por otra parte, el estudio de las aguas subterráneas 
corresponde a la hidrogeología. 
Aunque cabe destacar que el elemento central de la hidrología es el agua y su 
movimiento cíclico entre la Tierra y la atmosfera, con el fin de cuantificar y cualificar al 
recurso hídrico para su aprovechamiento sustentable. 
Algunos ejemplos de aplicación de estudios hidrológicos son: 
 El diseño de obras hidráulicas, para efectuar estos estudios se utilizan 
frecuentemente modelos matemáticos que representan el comportamiento de toda 
la cuenca sustentada por la obra en examen. 
 La operación optimizada del uso de los recursos hídricos en un sistema complejo de 
obras hidráulicas, sobre todo si son de usos múltiples. En este caso se utilizan 
generalmente modelos matemáticos conceptuales, y se procesan en tiempo real. 
5 
 
 El correcto conocimiento del comportamiento hidrológico de como un río, arroyo o 
de un lago es fundamental para poder establecer las áreas vulnerables a los 
eventos hidrometeorológicos extremos. 
 Prever un correcto diseño de infraestructura vial, como caminos, carreteras, 
ferrocarriles, etc. 
Estás y muchas aplicaciones más hacen que el hidrólogo sea un personaje importante 
en todo equipo multidisciplinar que enfrenta problemas de ingeniería civil en general y 
problemas de carácter ambiental a través de la aplicación de modelos, a continuación 
se explican los conceptos de modelo y modelos hidrológicos. 
 
¿Qué es un Modelo? 
El análisis de los sistemas ha sido utilizado en todos los campos del conocimiento para 
ordenar, jerarquizar y vincular las unidades que forman un proceso físico, químico, 
biológico o social (von Bertalanfy, 1976), y así tratar de interpretar la estructura y el 
funcionamiento de un fenómeno que en muchas ocasiones, es muy complejo para ser 
examinado en su totalidad. De esta manera, en el desarrollo de una investigación es 
necesario abstraer determinadas características de un sistema en particular para su 
estudio. 
Al hacer más formal este proceso se crea una situación “ideal” del universo 
considerado, simplificando su estructura y expresando las interacciones entre sus 
componentes, es decir, se genera un modelo. 
Un modelo se podría definir de distintas formas, aunque su esencia es la misma: 
 Representación física, matemática o de cualquier otro tipo lógico, de un sistema, 
entidad, fenómeno o proceso. 
 
 Representación de un sistema real que es equivalente a este sistema en todos 
sus aspectos relevantes. 
 
 Representación simplificada de un sistema desde un punto de vista particular en 
el tiempo y el espacio para proporcionar el entendimiento del sistema real 
 
 Representación de la construcción y el funcionamiento de cierto sistema de 
interés. 
 
En ocasiones se encuentra en la literatura la definición de modelo conceptual, el cual 
es un conjunto de elementos y relaciones que se perciben en un sistema ya sea en 
términos de palabras, dibujos o diagramas; donde la morfología y la estructura del 
6 
 
sistema podrán inferirse a partir de observaciones cuidadosas del fenómeno 
(Jørgensen, 1988). 
 
Los modelos pueden ser físicos, cuando manifiestan a escala las propiedades físicas 
del sistema real, gráficos, cuando constituyen diagramas gráficos que describen la 
estructura a alto nivel o el funcionamiento del sistema o matemáticos, cuando son un 
conjunto de expresiones matemáticas o lógicas que expresan las relaciones entre las 
entidades del sistema. 
 
Los modelos empíricos son aquellos que predicen cómo una variable afecta una 
respuesta y no por qué la afecta, por lo que no se logra entender la totalidad de un 
sistema, además de que puede tener menor capacidad predictiva. Son modelos que se 
basan en aproximaciones empíricas producto de la observación o experimentación y se 
pueden considerar como un conjunto de ecuaciones heurísticas; cada una de esas 
ecuaciones es usualmente la descripción estática de una relación entre el proceso 
considerado y las condiciones ambientales. 
 
Para la construcción de modelos matemáticos existen dos estrategias (Pavé, 1994); la 
primera, guiada por los datos, que consiste en buscar un modelo correlativo que 
describa las relaciones existentes entre dos o más componentes del sistema a partir de 
los resultados obtenidos mediante el proceso experimental o la observación. Una 
segunda estrategia, estriba en generar un modelo explicativo del funcionamiento del 
sistema y así planear un conjunto de hipótesis plausibles acerca de los mecanismos 
causales de las relaciones. La finalidad de estos, además de describir las relaciones, 
es explicarlas tanto conceptual como matemáticamente. 
 
Dentro del grupo de los modelos explicativos, existen dos categorías principales: 
 
1. Los modelos determinísticos, los cuales son regidos principalmente por la 
causalidad. Es decir, una cierta entrada responde con una única salida. 
2. Los modelos estocásticos, en los que la respuesta de un sistema a una entrada 
puede tener un conjunto de valores, regidos por cierta probabilidad de 
ocurrencia. 
 
Vale la pena destacar que los modelos determinísticos son en general más sencillos 
pero menos realistas que los estocásticos. Además se pueden adicionar otros modelos 
considerados como matemáticos: 
 
 Modelos matriciales, donde se utilizan las matrices en las formulaciones 
matemáticas, lo que permite manejar simultáneamente dos dimensiones. 
7 
 
 
 Modelos estáticos, en donde las variables definidas no dependen del tiempo. 
 
 Modelos dinámicos, al contrario de los estáticos aquí las variables definidas 
dependen del tiempo. 
 Modelos lineales, en los cuales en su planteamiento se utilizan ecuaciones de 
primer grado. 
 
 Modelos no-lineales, en donde, para su planteamiento por lo menos una de las 
ecuaciones es de orden diferente de uno. 
 
Las ventajas del uso de modelos en la investigación pueden sintetizarse en los 
siguientes cuatro puntos (Jørgensen, 1988), puesto que: 
 
1. Permiten examinar y sintetizar sistemas complejos 
2. Revelan las propiedades más importantes del sistema 
3. Señalan las debilidades en el conocimiento, por lo que asisten en el proceso de 
priorización de los objetivos de una investigación. 
4. Permiten probar hipótesis, dado que permiten simular las reacciones del sistema 
ante variaciones en la magnitud de los estímulos. 
 
Existen ciertas distinciones entre modelo y simulación que merecen ser aclaradas. En 
el nivel de definición, el primero se restringe a descripciones de ideas generales, que 
por lo tanto, incluyen los menos detalles posibles. La segunda se refiere a 
descripciones matemáticas de uso práctico que incluyen todos los detalles relevantes 
posibles. 
 
Ahora será complementar estos dos conceptos en uno y referirnos a los modelos de 
tipo hidrológicos. 
 
 
¿Qué es un Modelo Hidrológico? 
Un modelo hidrológicopuede ser definido como una simplificación de un sistema 
natural. Tradicionalmente, los modelos hidrológicos se agrupan en modelos basados en 
procesos físicos y modelos conceptuales (Bergstrom, 1991). Los cuales ya se 
explicaron de forma más amplia, anteriormente. 
Existe un número importante de modelos de simulación, los cuales varían, en los 
procesos que simulan, en la escala de trabajo en que pueden aplicarse, y asociado a 
8 
 
ello, en la manera y detalle en como agregan la variabilidad espacial de los parámetros 
de entrada. 
Los modelos de simulación hidrológica se componen de una serie de ecuaciones que 
calculan e interrelacionan, de manera computarizada, los diversos procesos de 
movimiento del agua que ocurren en una unidad de tierra. En general, resuelven el 
balance hidrológico del área mediante ecuaciones que resuelven a su vez los 
componentes de dicho balance, es decir, funciones matemáticas que relacionan, 
generan o resuelven los términos de precipitación, evaporación, evapotranspiración, 
escurrimiento, infiltración, drenaje profundo, almacenamiento y flujo de base. 
De acuerdo a Jackson (1982), existen dos tipos principales de modelos hidrológicos, 
que a continuación se describen brevemente: 
 Modelos basados en datos. Estos modelos son sistemas de caja negra, que 
usan conceptos matemáticos y estadísticos para asociar una determinada 
entrada (por ejemplo, precipitación) con un modelo de salida (por ejemplo, 
escorrentía). Las técnicas que suelen usarse son la regresión, funciones de 
transferencia, redes neurales e identificación de sistema. Estos modelos son 
conocidos como modelos de hidrología empíricos. 
 Modelos basados en descripciones del proceso. Estos modelos tratan de 
representar los procesos físicos observados en el mundo real. Contienen 
representaciones de escorrentía superficial, flujo subsuperficial, 
evapotranspiración y flujo de canal, pero pueden ser mucho más complicados. 
Estos modelos son conocidos como modelos hidrológicos deterministas. 
Existen modelos que no permiten representar variabilidad espacial y por lo tanto, sólo 
simulan un sector con valores únicos de los factores de erosión y escurrimiento. Por lo 
tanto, sólo son aplicables en los niveles de escala de parcela de cultivo o como 
máximo, de unidad de tierra con cobertura y manejo homogéneo. Estos modelos 
asumen que el terreno que se simula es homogéneo y se denominan agregados. 
Otros modelos, denominados distribuidos, incorporan la variabilidad espacial de las 
diferentes variables y reproducen más fielmente los procesos que tienen lugar dentro la 
cuenca. Para el caso de las cuencas estás son regularmente divididas en subcuencas y 
unidades de respuesta hidrológica. 
Una tercera posibilidad son los modelos semidistribuidos que se construyen a partir de 
la aproximación de diversos modelos agregados, por ejemplo diversas subcuencas de 
una cuenca hidrográfica. En un modelo semidistribuido las diferentes unidades generan 
9 
 
sus propias salidas de forma agregada pero aparecen entradas y salidas de unas a 
otras. 
Con respecto al tiempo, podemos decir que es la combinación existente entre la 
mínima unidad de tiempo y el período de tiempo que el modelo está en capacidad de 
simular. El detalle en que los modelos reciben la información climática para su 
funcionamiento y el período en que agregan sus salidas, determinan la temporalidad de 
los mismos. Pueden haber diversas combinaciones entre el detalle de las entradas y 
salidas, que en general, originan modelos de tipo “por evento” y “continuos”. 
La principal utilidad de los modelos de simulación en general, es que permiten utilizar e 
integrar de manera sistemática cierta cantidad de datos básicos y producir información 
cuantitativa. El uso de modelos hidrológicos puede dividirse en dos categorías 
generales: 
a) toma de decisiones 
b) investigación y entrenamiento. 
Las aplicaciones en toma de decisiones pueden clasificarse en planeamiento, diseño y 
operación. En todos ellos, se requiere de predicciones con precisión razonable sobre la 
respuesta del sistema ante variaciones de alguna o varias entradas. En aplicación de 
modelos con fines de investigación y entrenamiento, se busca un mejor entendimiento 
del ciclo hidrológico. 
 
Una aplicación típica de la modelación de cuencas consiste en lo siguiente (Ponce, 
1989): 
 
1) Selección del tipo de modelo 
2) Formulación del modelo y construcción 
3) Prueba del modelo 
4) Aplicación del modelo. 
 
Los modelos de cuencas comprensivos incluyen todas las fases relevantes del ciclo 
hidrológico, y, como tales, están compuestos de una o más técnicas para cada fase. 
 
En la práctica idealmente se debería: 
 
1) Seleccionar un modelo disponible, con conocimiento de su estructura, operación, 
capacidades, y limitaciones 
10 
 
2) Desarrollar un modelo o modificar uno ya existente, basado en necesidades 
percibidas, disponibilidad de datos y restricciones de presupuesto. 
 
La mayoría de las aplicaciones rutinarias son del primer tipo, en cuyo caso es 
necesario familiarizarse con las características del modelo y su composición. Los 
modelos probados tienen manuales que describen la interacción entre el usuario y el 
modelo. Además, algunos modelos pueden tener manuales de referencia que proveen 
información adicional sobre la estructura interna del modelo. 
 
Los SIG y la Hidrología se basan en principios fundamentales muy diferentes; sin 
embargo, existe un vínculo entre los dos. Los SIG describen el medio ambiente, 
mientras la Hidrología describe cómo el ambiente afecta el flujo de agua a través del 
ciclo hidrológico. Un objetivo fundamental en la Hidrología Espacial es el uso de los 
datos espaciales y funciones de los SIG, a fin de ayudar a generar nuevas ideas y 
estrategias para solucionar problemas dentro de la Hidrología (Murillo, 2002). 
 
Ventajas y desventajas del uso de la simulación 
 
Aunque la técnica de simulación generalmente se ve como un método de último 
recurso, recientes avances en las metodologías de simulación y la gran disponibilidad 
de programas de cómputo de uso actual que existe en el mercado, han hecho que la 
técnica de simulación sea una de las herramientas más ampliamente usadas en el 
análisis de sistemas (Naylor et al., 1966). 
 
 A través de un estudio de simulación, se puede estudiar el efecto de cambios 
internos y externos del sistema, al hacer alteraciones en el modelo del sistema y 
observando los efectos de esas alteraciones en el comportamiento del sistema. 
 Una observación detallada del sistema que se está simulando puede conducir a 
un mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que 
mejoren la operación y eficiencia del sistema. 
 La técnica de simulación puede ser utilizada como un instrumento pedagógico 
para enseñar a estudiantes habilidades básicas en análisis estadísticos, análisis 
teórico, etc. 
 La simulación de sistemas complejos puede ayudar a entender mejor la 
operación del sistema, a detectar las variables más importantes que interactúan 
en el sistema y a entender mejor las interrelaciones entre estas variables. 
 La técnica de simulación puede ser utilizada para experimentar con nuevas 
situaciones, sobre las cuales tiene poca o ninguna información. A través de esta 
experimentación se puede anticipar mejor a posibles resultados no previstos. 
11 
 
 Cuando nuevos elementos son introducidos en un sistema, la simulación puede 
ser usada para anticipar cuellos de botella o algún otro problema que puede 
surgir en el comportamiento del sistema. 
 Los sistemas los cuales son sujetos de investigación de su comportamiento no 
necesitan existir actualmente para ser sujetos de experimentación basados en la 
simulación. Solo necesitan existir en la mente del diseñador. 
 El tiempo puede ser reducirse en los modelos de simulación. El equivalentede 
días, semanas y meses de un sistema real en operación frecuente pueden ser 
simulados en solo segundos, minutos u horas en una computadora. Esto 
significa que un largo número de alternativas de solución pueden ser simuladas 
y los resultados pueden estar disponibles de forma breve y pueden ser 
suficientes para influir en la elección de un diseño para un sistema. 
 En simulación cada variable puede sostenerse constante excepto algunas cuya 
influencia está siendo estudiada. Como resultado el posible efecto de descontrol 
de las variables en el comportamiento del sistema necesitan no ser tomados en 
cuenta. Como frecuentemente debe ser hecho cuando el experimento está 
desarrollado sobre un sistema real. 
 Es posible reproducir eventos aleatorios idénticos mediante una secuencia de 
números aleatorios. Esto hace posible usar las técnicas de reproducción de 
varianza para mejorar la precisión con la cual las características del sistema 
pueden ser estimadas para dar un valor que refleje el esfuerzo de la simulación. 
 
A diferencia de las ventajas mencionadas, la técnica de simulación presenta 
importantes desventajas, éstas son: 
 
 Falla al producir resultados exactos. Se supone que un sistema ésta compuesto 
de uno o más elementos que están sujetos a un comportamiento al azar. 
Cuando una simulación es desarrollada con un modelo del sistema, los valores 
de cada variable son registrados y los promedios de estos valores son dados en 
una postsimulación. Pero el promedio en una muestra de observación solo a 
veces provee un estimado de lo esperado, es decir, una simulación solo provee 
estimados, no resultados exactos. 
 Fallas al optimizar. La simulación es usada para contestar preguntas del tipo 
“¿Qué pasa si?”, pero no, “¿Qué es lo mejor?”. En este sentido, la simulación no 
es una técnica de optimización. La simulación no generará soluciones, solo 
evalúa esas que han sido propuestas. 
 Largo tiempo de conducción. Un estudio de simulación no puede ser conducido 
o llevado a cabo en solo un fin de semana. Meses de esfuerzo pueden ser 
12 
 
requeridos para reunir información, construir, verificar y validar modelos, diseñar 
experimentos y evaluar e interpretar los resultados. 
 Costos para proveer capacidad de simulación. El establecimiento y 
mantenimiento de capacidad de simulación, envuelve tener mejor personal, 
programas de cómputo, equipo, entrenamiento y otro tipo de costos. 
 Abuso de simulación. Hay muchas facetas para un balanceo y comprensivo 
estudio de la simulación. Ya que una persona debe tener conocimiento de una 
gran variedad de áreas antes de llegar a ser un practicante de la simulación. 
Este hecho es algunas veces ignorado, sin embargo como resultado, cada 
estudio puede incorrectamente ser desarrollado, o podría estar incompleto, o 
podría caer en otro tipo de caminos, quizá resultado de una falla del esfuerzo de 
la simulación. 
 
13 
 
ANTECEDENTES 
 
Respecto al uso de modelos hidrológicos existen trabajos utilizando de modelos 
sencillos y otros más sofisticados. Así como la de otros en los que hace la comparación 
entre modelos. Quede por aclarar que existe una amplia gama de trabajos enfocados a 
los modelos y que abordan de manera más amplia este tema. En este sentido 
Hargreaves y John (1985), hacen una revisión de modelos sencillos para estimar la 
precipitación, la evapotranspiración y el flujo de arroyos con una base limitadas de 
datos. 
Por otro lado, de acuerdo con Belmonte y Núñez (2006), el desarrollo de modelos 
hidrológicos digitales en aproximaciones raster resulta una alternativa interesante para 
superar la escasez de datos hidrológicos y climáticos en el caso particular la región del 
valle de Lerma, Argentina. Ensayaron diferentes metodologías en un contexto SIG para 
definir, en espacios territoriales continuos, las variables: precipitación, temperatura, 
caudales máximos y pérdida de suelos. Los mapas generados resultan de interés para 
diversas aplicaciones: estudios de impacto ambiental, ordenación territorial, manejo de 
cuencas y recursos naturales y predicción de riesgos. 
Soil and Water Assessment Tool (SWAT), es un modelo integral de cuenca 
desarrollado en Texas por Arnold para el Agricultural Research Service (ARS-USDA). 
Surge como una evolución de los programas Chemicals, Runoff, and Erosion from 
Agricultural Management Systems “CREAMS” (Knisel, 1980), y el modelo 
Environmental Impact Policy Climate “EPIC” (Williams et al., 1984), este modelo se 
desarrolló modificando el modelo Simulator for Water Resources in Rural Basins 
“SWRRB” (Arnold y Williams, 1987), para su aplicación a cuencas grandes, complejas 
y rurales. SWRRB es una versión distribuida de CREAMS, la cual puede ser aplicada a 
una cuenca con un máximo de diez subcuencas, y SWAT es una versión ampliada y 
mejorada de SWRRB que corre simultáneamente en cientos de subcuencas. El 
modelo SWAT es un modelo hidrológico de base física semi-distribuido y continuo. 
Básicamente, los submodelos (módulos) que forman parte de SWAT se pueden 
agrupar en climáticos, hidrológicos, de erosión, de nutrientes, agrícolas y urbanos. 
Estos módulos pueden ser ubicados en ocho divisiones principales: hidrología, clima, 
sedimentación, temperatura del suelo, crecimiento de cultivos, nutrientes, pesticidas y 
manejo de cultivos. Uno de los más importantes es el que calcula los escurrimientos, 
dado que sirve de base para los otros submodelos. 
Es un modelo integral de cuenca el cual permite simular la producción de agua y 
sedimentos de cuencas hidrográficas. 
14 
 
A nivel internacional existen una multitud de ejemplos del empleo de esta herramienta. 
La aplicación del modelo SWAT se han llevado a cabo en Estados Unidos, Canadá, 
Australia, India, Italia, Alemania y Sudamérica con varios propósitos (Fohrer y Arnold, 
2005; Mapfumo et al., 2004; Watson, et al., 2005; Gosian et al., 2005; Schmidt y Volk, 
2005). Recientemente se ha extendido su aplicación a países como Tanzania, Kenia, 
Etiopia, Ruanda, Uganda and Burundi para varias aplicaciones (Ndomba y Birhanu, 
2008). Muchas de las aplicaciones han sido impulsadas por las necesidades de los 
diversos organismos gubernamentales, en particular en los Estados Unidos y la Unión 
Europea, que requieren de evaluaciones directas del cambio de cobertura vegetal y 
especialmente, el cambio climático sobre una amplia gama de los recursos hídricos o 
las evaluaciones de las capacidades de exploración del modelo para posibles 
aplicaciones futuras. En la red existen vínculos especializados que hacen referencia a 
su empleo en diversas problemáticas, uno de los cuales es el siguiente: 
https://www.card.iastate.edu/swat_articles/ 
Además de un documento que compila diversos artículos publicados a nivel 
internacional, Arnold et al., (2009). 
En el ámbito nacional, no existen muchos trabajos utilizando el modelo SWAT, o no 
hacen una descripción de la adaptación de este modelo, tanto en el manejo de la 
información de sus bases de datos y las posibles reclasificaciones de los insumos 
principales, como lo son el mapa de suelos y cobertura vegetal. Las cuales son base 
para su funcionamiento. Pero de alguna forma denotan algunas ideas a considerar para 
este estudio. 
Torres-Benites et al., (2004), aplicaron SWAT, en la cuenca "El Tejocote", localizada en 
Atlacomulco, Estado de México, con la finalidad de comparar los valores simulados y 
observados de la producción de agua, sedimentos, gastos medios y biomasa durante 
un período de cinco años de observación (1980-1985). Así mismo analizar su posible 
aplicación en cuencas que no cuenten con estaciones de aforo. 
Berlanga et al., (2005), realizaron un estudio a partir del procesamiento digital de 
imágenes Landsat y la integración de un SIG, donde evaluaron los cambios en la 
cobertura y usos del terreno a través de un análisis multitemporal (1973, 1986 y 2000),postclasificatorio y los impactos sobre la profundidad de escurrimientos con el modelo 
del número de curva en la cuenca Lechuguilla-Ohuira-Navachiste, localizada en la 
costa noroeste de México. 
Abad (2006), modeló el comportamiento hidrológico de las cuencas: El Chuveje y 
Arroyo Real, ubicadas en la Sierra Gorda de Querétaro, mediante la herramienta 
Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA), específicamente mediante el 
https://www.card.iastate.edu/swat_articles/
15 
 
modelo SWAT. Con apoyo del modelo identificó las áreas de mayor percolación, 
producción de agua, escurrimiento y producción de sedimentos, entre algunas variables 
de respuesta hidrológica. Analizó el efecto de diferentes cambios de cobertura del 
terreno en la respuesta hidrológica en términos de cantidad y calidad de agua. Además 
de lograr la aplicación del modelo SWAT en dos cuencas mexicanas, por medio de los 
resultados de la modelación, se identificaron las áreas más importantes de manejo y 
conservación, en términos de la respuesta hidrológica con y sin cambios de cobertura 
vegetal. 
Para la modelación del escurrimiento en la Cuenca del Río Sextín, Trucios et al., (2007) 
utilizaron el modelo hidrológico SWAT. Los insumos requeridos por éste fueron: Modelo 
Digital de Elevación (MDE), mapas de cobertura vegetal y uso del terreno (1976 y 
1993) mapa de unidades edafológicas e información climatológica (precipitación, 
radiación, temperaturas máximas y mínimas). La calibración y validación del modelo se 
realizó en el 2005 en diferentes configuraciones de la cuenca, para el cálculo del 
escurrimiento, tomando como base de comparación el escurrimiento medido en la 
estación hidrométrica de Sardinas. El arreglo geométrico que mejor explicó el 
escurrimiento observado fue el de mayor tamaño. 
Los antecedentes a nivel de la cuenca del Lago de Cuitzeo desde hace varios años 
tanto por la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) como de la 
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Las investigaciones hidrológicas 
pioneras de la cuenca del lago de Cuitzeo, fueron realizadas por la UNAM a finales de 
la década de los 40´s (Barbolla 1948; García, 1949), ambos trabajos iniciaron el estudio 
hidrológico de la cuenca. 
La UMSNH, tiene más de 25 años estudiando a la cuenca del lago de Cuitzeo, 
principalmente en términos de caracterización biológica de los ambientes terrestres 
(Madrigal-Sánchez y Guridi-Gómez, 2004) y acuáticos, así como en términos de 
clasificación y cartografía Geológica (Pasquarè et al., 1991; Israde-Alcántara y 
Garduño-Monroy, 1999; Israde-Alcantará et al., 2002). 
Algunos trabajos realizados de manera particular realizados dentro de la cuenca son se 
detallan a continuación: 
Mendoza, et al., (2004), realizaron una caracterización espacial y temporal de las 
estaciones meteorológicas localizadas en la cuenca de Cuitzeo y sus alrededores. El 
análisis de las estaciones se realizó utilizando técnicas de sobreposición cartográfica 
en un SIG. La distribución actual de las estaciones responde a criterios agroclimáticos y 
no de manejo de recursos naturales. La precipitación se incrementa desde el norte 
hacia el sur, mientras que la temperatura, asciende desde el sur hacia el norte. La 
16 
 
distribución espacial de estos parámetros indica que el área de estudio se ubica en una 
zona transicional, entre los climas templado seco a climas templado húmedo. 
Mendoza, et al., (2005), presentan una revisión de los efectos hidrológicos del cambio 
de cobertura vegetal y uso del suelo (CCVUS), así como las herramientas e insumos 
requeridos para el análisis a escala regional. El conocimiento y modelos hidrológicos 
generados en cuencas experimentales han sido útiles en la construcción de modelos 
espacialmente distribuidos. Los modelos espacialmente distribuidos permiten el 
modelamiento de los datos bajo un marco espacial que facilita el entendimiento de las 
condiciones hidrológicas de las cuencas afectadas por el CCVUS. El modelamiento 
hidrológico espacialmente distribuido representa una alternativa para entender la 
dinámica hídrica a escala regional en cuencas poco aforadas y con necesidad de 
evaluar la disponibilidad y distribución del agua. 
López et al., (2006), analizaron el cambio de cobertura y uso del terreno en la cuenca, 
cuyas características socio-ambientales son representativas de zonas de fuerte 
emigración rural en el centro de México. La evidencia más clara a nivel regional del 
proceso estudiado es una marcada “matorralización” de terrenos abandonados, 
dedicados previamente a la agricultura de secano y el crecimiento de los 
asentamientos urbanos. Los resultados se asocian a procesos de “desmantelamiento” 
de territorios con la consiguiente pérdida de comunidades, localidades y sus paisajes. 
Carlón-Allende y Mendoza (2007), realizaron un análisis de datos hidrometeorológicos, 
con el objetivo de analizar el comportamiento de las series de tiempo de los datos de 
precipitación, temperatura y escurrimiento de las estaciones ubicadas en las 
subcuencas de Cointzio, Queréndaro y San Marcos, localizadas dentro de la cuenca. 
Este análisis de tendencia indica que la temperatura media en la estación de Morelia 
tiende a aumentar de manera significativa tanto en sus valores mensuales como en el 
valor medio anual; mientras que en Cuitzeo y Huingo tienden a reducir sus 
temperaturas en forma significativa. Para las precipitaciones anuales indica que las 
estaciones de Huingo y Jesús del Monte han presentado un aumento estadísticamente 
significativo. 
Mendoza et al., (2010), presentan un estudio de las implicaciones del cambio de la 
cobertura vegetal y uso del suelo (CCVUS), a nivel regional en el balance hídrico 
espacialmente distribuido (BHED), para 1975 y 2000. El análisis del cambio de los 
componentes del BHED a nivel de formas de relieve y por matrices de transición 
determinó que durante el periodo de estudio las condiciones hidrológicas regionales de 
la cuenca no se modificaron sustancialmente. Sin embargo, en ambos años, las formas 
de relieve de las zonas bajas de la cuenca mostraron fuerte presión sobre el recurso 
17 
 
hídrico, lo cual repercute en el deterioro del lago de Cuitzeo, principalmente por 
contaminación y reducción del suministro de agua superficial al vaso. 
 
18 
 
JUSTIFICACIÓN 
 
En México, la medición de la cantidad y calidad del agua no es realizada de manera 
homogénea o periódica y directa a través de estaciones de monitoreo hidrométrico y de 
calidad de agua, respectivamente. Ante esta circunstancia, un modelo para simulación 
hidrológica, al brindar la posibilidad de reproducir los componentes del ciclo hidrológico 
con la ayuda de un sistema computacional, se convierte en un banco de pruebas que le 
permite al investigador simular condiciones futuras, que afectarían a uno o varios de los 
procesos físicos que intervienen en dicho ciclo. La implantación de obras de captación, 
corrección de cauces, la urbanización, el cambio del uso del terreno, entre otros, son 
hechos que afectan directamente el movimiento y la producción del agua en una 
cuenca hidrográfica. Además sería otra contribución encaminada hacia la planificación 
y manejo de la cuenca, especialmente en términos hídricos. 
 
El problema de trabajar a escala de cuencas lo representa la manipulación de grandes 
volúmenes de datos, su análisis y la posterior toma de decisiones. 
 
La necesidad de disponer de más agua para aumentar las cosechas o para atender las 
crecientes demandas urbanas para uso doméstico, condición que ha originado una 
presión aún mayor sobre los recursos hídricos, casi siempre escasos. Paralelamente el 
cambio climático tendrá tarde o temprano su impacto sobre el agua afectando no sólo a 
la agricultura sino también a las poblaciones rurales y urbanas en los distintos usos que 
éstas demandan (agua potable, producción de energía,usos recreativos, entre otros). 
 
La cuenca del Lago de Cuitzeo es una unidad natural en la que se han dado 
importantes cambios de cambio de cobertura y de uso del terreno en las últimas 
décadas. 
 
El efecto del cambio de la cobertura vegetal y uso del terreno (CCVUT), representado 
por la expansión de las áreas agrícolas y pecuarias, ha tenido una profunda influencia 
en los procesos hidrológicos en pequeñas cuencas y a nivel regional (Sahagian, 2000). 
 
El manejo de cuencas proporciona el marco conceptual, espacial e integral que permite 
el manejo ecosistémico de recursos naturales, incluyendo el recurso hídrico, el cual 
minimiza los efectos del CCVUT (Carlón et al., 2006). Actualmente, este marco 
conceptual es la mejor opción para el manejo y conservación de recursos naturales 
(Ersten, 1999; Jain et al., 2000). 
 
 
19 
 
OBJETIVOS 
 
Objetivo general 
 Ajustar la aplicación del modelo hidrológico Soil and Water Assessment Tool 
(SWAT) a las condiciones existentes en una cuenca templada semi-rural en 
Mexico y simular escenarios 
 
Objetivos particulares 
 
 Adaptar los insumos requeridos por el modelo hidrológico SWAT para su 
aplicación a la Cuenca del Lago de Cuirzeo 
 
 Describir las ventajas y limitaciones de la aplicación del modelo SWAT para 
simular la escorrentía en el caso particular de la cuenca del Lago de Cuizeo 
 
 Ejemplificar la variación de la escorrentía en la Cuenca del Lago de Cuitzeo por 
medio de la simulación hidrológica con ArcSWAT, utilizando datos para cinco 
años entre 1975 y 2008. 
 
 Describir posibles escenarios en función de los cambios en la cobertura vegetal 
y uso del terreno en la cuenca. 
 
 
20 
 
HIPÓTESIS 
 
La línea del presente trabajo es el modelamiento hidrológico enfocado a la simulación 
de posibles escenarios de escurrimiento influenciados por factores climáticos, 
diferentes tipos de cobertura vegetal y uso del terreno, que pueden producir efectos 
negativos o positivos en los flujos y almacenamientos del agua en la cuenca del lago de 
Cuitzeo. Por lo tanto el planteamiento de la posible hipótesis estaría en función de los 
diferentes escenarios simulados. 
 
En lo que respecta al modelo la hipótesis haría hincapié en su gran uso a nivel global y 
por tanto representaría un ejercicio sencillo de ajuste para el caso de cuencas 
templadas, como el caso de la cuenca de Cuitzeo, donde además se cuenta con gran 
cantidad de información. 
 
Aunque sería posible establecer hipótesis para cada uno de los periodos en función de 
la proporción de coberturas y por tanto definir mayor o menor escurrimiento. 
 
21 
 
Capítulo II 
Descripción del área de estudio 
 
La cuenca del lago de Cuitzeo se localiza en el Sistema Volcánico Transmexicano 
entre los estados de Michoacán y Guanajuato, entre los 19° 30' y 20° 05' latitud norte y 
100° 35' y 101° 30' longitud oeste (Figura 1), tiene una superficie de aproximadamente 
4 000 km2, por lo cual la podríamos denominar como una cuenca grande. 
 
 
 
Figura 1. Ubicación de la zona de estudio. 
Es una cuenca endorreica lacustre, en el Cuadro 1 se denotan algunas otras 
características de la forma de la cuenca. 
La forma, interviene principalmente en la manera como se presenta el volumen de agua 
escurrido a la salida de la cuenca. Generalmente los volúmenes escurridos en cuencas 
alargadas son más uniformes a lo largo del tiempo, en cambio, en cuencas compactas 
el agua tarda menos en llegar a la salida, en donde se concentra en un tiempo 
relativamente corto. 
22 
 
Cuadro 1. Datos morfométricos para la Cuenca del lago de Cuitzeo 
Rasgos morfométricos 
Coeficiente de forma Kf=0.66 Moderadamente achatada 
Coeficiente de compacidad Kc=1.68 De oval oblonga a rectangular oblonga 
 
 
De acuerdo con los análisis morfométricos, indican que la cuenca es de baja amplitud 
de relieve que va de los 1830 hasta los 3420 msnm y que el 90% de esta se encuentra 
por debajo de los 2500 msnm, en la Figura 2 y 3 se muestran dos perfiles de la 
cuenca, donde se pueden apreciar en cierto grado el relieve que lo forma. El 90% de la 
superficie posee una pendiente por debajo de los 25°, por lo que la mayor extensión 
tiene una densidad de disección horizontal de nula a moderada, lo que tiene 
importantes implicaciones en el proceso de erosión, ya que en consecuencia no existe 
suficiente material para ser depositado en las porciones bajas de la misma (Mendoza et 
al., 2001, Mendoza, 2002). 
 
 
Figura 2. Perfil de la cuenca del lago de Cuitzeo 
 
23 
 
 
Figura 3. Perfil 2 de la cuenca del lago de Cuitzeo 
Basado en dominios morfoestructurales la cuenca se encuentra relacionada a tres 
regiones fisiográficas (Garduño, 2005), el Dominio del Complejo Volcánico Interior, 
Dominio del Cinturón Volcánico Mexicano y Dominio de Cuencas Lacustres. 
 
El dominio lacustre de la cuenca del Lago de Cuitzeo cuyo origen es endorreico, se 
localiza sobre un sustrato de tipo volcánico (Israde, 1995). 
 
En la cuenca se encuentran rocas de origen ígneo extrusivo como los derrames de 
lava, escorias, aglomerados, tobas y flujos de tobas soldadas de composición ácida y 
básica procedentes del Mioceno inferior hasta el reciente, también existen rocas de 
origen sedimentario continental, formadas por sedimentos lacustres (arenas, gravas y 
conglomerados), intercalados con tobas riolíticas, que a su vez son cubiertos por 
basaltos del Plioceno superior. Cabe destacar, que los depósitos más recientes están 
constituidos por limos y arcillas de origen lacustre, gravas y arenas de tipo residual y 
aluviones entre los que se encuentran gravas, arenas y limos (Israde, 2005 y Ortega, 
2003). 
 
De acuerdo con Mendoza (2002), describe que la cuenca está conformada por zonas 
geomorfológicas mayores: montañas, lomeríos altos, lomeríos bajos, colinas, 
piedemontes y planicies, es decir, es una cuenca relativamente plana y con poca 
amplitud de relieve, la cual se desarrolla sobre materiales volcánicos de composición 
intermedia a básica del Mioceno al Cuaternario. 
24 
 
 
 
Figura 4. Representación de un lomerío alto cubierto por bosque mixto en la parte norte de la cuenca, en los límites de los 
Estados de Michoacán y Guanajuato 
Esta cuenca a su vez está dividida en 51 subcuencas, siendo la de Río Grande la de 
mayor superficie 37,090 hectáreas, en comparación con la de Buenavista con la menor 
superficie 410 hectáreas (Figura 5 y Cuadro 2). 
 
Figura 5. División de la Cuenca de Cuitzeo en subcuencas 
25 
 
 
Cuadro 2. Nombre de la subcuenca y el área que ocupan 
Nombre subcuenca Área Ha ID 
Araró 3445 0 
Arroyo Blanco 3742 1 
Arroyo Colorado 785 2 
Arroyo el Moral 6758 3 
Arroyo el Timbínales 10529 4 
Atécuaro 4373 5 
Bordo Prieto 9761 6 
Buenavista 410 7 
Bueyadero 1337 8 
Cápula 13089 9 
Cerro Pelón 748 10 
Charo 9507 11 
Chucándiro 4662 12 
Chupícuaro 6825 13 
Copándaro 4237 14 
Cuanajo 15216 15 
Cuto de la Esperanza 11063 16 
Cuto del Porvenir 4742 17 
Nombre subcuenca Área Ha ID 
El Derramadero 2359 18 
El Fresnito 4641 19 
El Pedregal 2336 20 
El Rocío 6922 21 
El Sauz 6031 22 
El Tlacuache 2935 23 
Fontezuelas 1168 24 
Huandacareo 5511 25 
Irámuco 4797 27 
Jaripeo 7278 28 
La Estancia 679 29 
Lagunillas 30333 31 
Las Cruces 1889 32 
Las Pilas 2259 33 
Los Naranjos 5217 34 
Los Pirules 1838 35 
Mesón Nuevo 836 36 
Nicolás Tumbastiro 4635 37 
Nombre subcuenca Área Ha ID 
Ojos de agua 4214 38 
Pichicuaro 4749 39 
Queréndaro 13443 40 
Quinceo 938 41 
Río Chiquito 6605 42 
Río Grande 37090 43 
San Andrés 3122 44 
San Juan Tarárameo 2158 45 
San Lucas Pío 3288 46 
San Marcos 12353 47 
San Pedro Bogan 1112 48 
San Sebastián 1139 49 
Santa Inés 6692 50 
Santa Rita 1502 51 
Umécuaro 8018 53 
Zinapecuaro 10218 54 
 
El patrón de drenaje en la porción elevada de la cuenca es drendrítico a subdendrítico, 
la mayor densidad deescurrimientos se localiza hacia la porción elevada del sur de la 
cuenca; los escurrimientos en la porción norte son escasos, con un patrón poco 
desarrollado. En el sector centro-oriental, con vulcanismo reciente también presenta un 
patrón poco desarrollado. La mayoría de los conos volcánicos y domos presentan un 
patrón de drenaje radial centrípeto. En la porción plana de la cuenca el patrón de 
drenaje se encuentra fuertemente alterado por la actividad agrícola de riego, la cual se 
ubica principalmente en la porción sur del lago. El principal escurrimiento de la cuenca 
es el Río Grande de Morelia, el cual escurre de suroeste a noreste, pero al llegar a la 
planicie de riego éste se rectifica y se convierte en un canal de riego. El lago recibe 
agua de tres ríos principales, el Grande de Morelia, el Queréndaro y Zinapécuaro. El 
lago cuenta además con las aportaciones de numerosos arroyos de temporal y cuerpos 
temporales que se localizan en la parte baja de la cuenca. Las zonas de mayor 
infiltración y recarga se encuentran en la parte poniente de Capula y Cuto de la 
Esperanza, Irapeo y la zona de Mil Cumbres (Bravo-Espinosa et al., 2008). En la Figura 
6 se representa la hidrografía de la cuenca. 
26 
 
 
Figura 6. Hidrografía de la cuenca del lago de Cuitzeo 
 
De acuerdo a la cartografía de aguas superficiales del INEGI, presente en Mendoza et 
al., (2001), el 76% de la cuenca tiene un coeficiente de escurrimiento de 10 a 20%, 
mientras que el 71% de la cuenca presenta posibilidades bajas de almacenamiento de 
agua subterránea. 
Los tipos climáticos al interior de la cuenca de acuerdo con la clasificación de García 
(2004), abarcan tres, el clima predominante corresponde al templado con lluvias en 
verano “Cb”, secos “BS” y semicálidos “A(C)” con distintas variaciones en los subtipos 
climáticos debido a las condiciones que determinan lo accidentado del terreno y a la 
variación altitudinal. De acuerdo con Mendoza (2002), la precipitación anual promedio 
calculada es de 847.4 mm y la temperatura media anual oscila entre 16-18°C para casi 
toda el área, con excepción de las tierras altas en donde se presentan temperaturas de 
14-16°C (Robles, 2006). En la figura 7 se muestra un panorama espacial de las 
estaciones meteorológicas que dentro de la cuenca o cercanas a ella. 
27 
 
 
Figura 7. Ubicación de las estaciones meteorológicas en la cuenca del lago de Cuitzeo 
 
 
En la cuenca se ubican parcial o totalmente 28 municipios (Figura 8, Tabla 3), de los 
cuales 23 corresponden al estado de Michoacán y cinco al estado de Guanajuato. 
Dentro de la cuenca se localizan 15 cabeceras municipales: Acuitzio del Canje, Álvaro 
Obregón, Copándaro de Galeana, Cuitzeo del Porvenir, Charo, Chucándiro, 
Huandacareo, Huiramba, Indaparapeo, Lagunillas, Queréndaro, Santa Ana Maya, 
Tarímbaro, Zinapécuaro y Morelia. Los municipios con mayor población son Morelia, 
Zinapécuaro, Tarímbaro y Cuitzeo en donde se encuentran ubicadas las ciudades con 
mayor población de la cuenca, incluyendo la ciudad de Morelia, el asentamiento más 
importante en términos demográficos y económicos. 
 
28 
 
 
Figura 8. Municipios que forman parte de la cuenca del lago de Cuitzeo
Cuadro 3. Municipios que integran la cuenca del lago de Cuitzeo 
Nombre Municipio Estado Área (Km
2
) 
Morelia Michoacán 1057.5 
Zinapecuaro Michoacán 428.4 
Tarimbaro Michoacán 262.4 
Cuitzeo Michoacán 255.9 
Charo Michoacán 200.1 
Chucandiro Michoacán 183.2 
Copándaro de Galeana Michoacán 175.5 
Indaparapeo Michoacán 167.8 
Queréndaro Michoacán 159.2 
Alvaro Obregón Michoacán 156.9 
Acambaro Guanajuato 146.3 
Acuitzio del canje Michoacán 140.5 
Santa Ana Maya Michoacán 103.7 
Huandacareo Michoacán 90.8 
Nombre Municipio Estado Área (Km
2
) 
Pátzcuaro Michoacán 83.5 
Lagunillas Michoacán 78.3 
Huiramba Michoacán 65.3 
Salvatierra Guanajuato 64.2 
Morelos Michoacán 45.3 
Moroleón Guanajuato 32.1 
Uriangato Guanajuato 29.5 
Quiroga Michoacán 29.4 
Yuriria Guanajuato 17.5 
Cd. Hidalgo Michoacán 16.3 
Huaniqueo Michoacán 7.4 
Villa Madero Michoacán 3.0 
Tzintzuntzan Michoacán 2.6 
Tacámbaro Michoacán 0.8 
 
29 
 
En la cuenca se encuentran once grupos de suelo (Cuadro 4 y Figura 9), de 
acuerdo con la clasificación FAO 1990. En la mayor parte de la cuenca se 
desarrollan principalmente Vertisoles, Luvisoles, Andosoles y Acrisoles, es decir, 
básicamente son suelos constituidos por materiales con texturas 
predominantemente finas a medias (Mendoza et al., 2001, Pulido et al., 2001). En 
la planicie de la cuenca predominan los suelos arcillosos los cuales se encharcan 
y dificultan las labores de labranza cuando están secos o muy húmedos. Estos 
suelos se utilizan para la agricultura de temporal y de riego. Los suelos menos 
arcillosos se localizan en la parte sur, estos tienen vocación forestal, sin embargo, 
han sido utilizados para la agricultura de temporal, lo cual ha favorecido su 
erosión. 
Cuadro 4. Grupos de Suelo de la cuenca, su extensión y porcentaje para la cuenca del lago de Cuitzeo 
Grupos FAO Área km
2
 % en la cuenca 
ACRISOLES 411.53 10.29 
ANDOSOLES 461.82 11.54 
CAMBISOLES 16.8 0.42 
GLEYSOLES 25.42 0.64 
LITOSOLES 194.63 4.87 
LUVISOLES 693.9 17.35 
PHAEOZEMS 401.19 10.03 
PLANOSOLES 34.93 0.87 
REGOSOLES 1.37 0.03 
SOLONCHAKS 85.85 2.15 
VERTISOLES 1354.43 33.86 
30 
 
 
 
 
Figura 9. Unidades de suelo para la cuenca de Cuitzeo, de acuerdo a FAO, 1990 
 
Pulido et al., (2001), mencionan que los suelos de la cuenca tienen una grado alto 
de deterioro, este dividido al interior y de forma superficial (Figura 10). Mientras 
que para Mendoza et al., (2001), la mayor parte de los suelos muestran evidencia 
de erosión y los Vertisoles en algunas zonas cercanas al vaso de la cuenca tienen 
alto grado de ensalitramiento, lo cual se asocia principalmente con un mal manejo 
del agua y al uso de agroquímicos. 
 
31 
 
 
Figura 10. Problemática de erosión presente en algunas zonas de la cuenca. Este problema afecta menos de 2% de la 
superficie total de la cuenca 
 
La clasificación de la cobertura y uso del terreno fue realizada para los años de 
1975 y 2000 por López y Bocco (2001), basado en fotografías aéreas. La 
cartografía de la cobertura vegetal y uso del terreno fue realizada bajo criterios de 
clasificación fisonómica-estructural, donde cada categoría es una unidad mixta 
dominada por el elemento que le proporciona su nombre (López y Bocco, 2001). 
Los principales tipos de vegetación presentes en la cuenca son bosques 
templados, matorrales, selva baja caducifolia y vegetación acuática y subacuática. 
32 
 
 
Figura 11. Vista de algunos bosques y laderas inclinadas en diferentes puntos de la cuenca, desde bosques mixtos en 
la foto superior en los límites del Estado del Michoacán, pequeños manchones de bosque de juníperos en la foto 
inferior izquierda y del lado derecho otro bosque mixto estos dentro de la subcuenca de Queréndaro 
Los bosques (Figura 11), que se encuentran en la cuenca son de coníferas (pino, 
oyamel y cedro blanco), también se encuentran representados los bosques de 
encino, conformando comunidades mixtas con especies de pinos (bosques 
mixtos). Además podemos encontrar pequeños manchones de bosque mesófilo de 
montaña, principalmente ubicados en cañadas donde las condiciones 
microclimáticas favorecen su establecimiento (Leal-Nares, 2009). 
 
Figura 12. Matorrales subtropicales que se encuentran dentro de la cuenca, este tipo de cobertura vegetal y 
representativa de la parte centro y norte de la cuenca 
33 
 
Los matorrales (Figura 12), con base en los criterios establecidos por López y 
Bocco (2001), estos corresponden al matorral subtropical, el bosque tropical 
caducifolio y los matorrales secundarios derivados de la perturbación de 
ecosistemas templados (Robles, 2006). 
 
Figura 13. Pastizales ocupados por actividad pecuaria, enla zona central de la cuenca 
Los pastizales son una comunidad que está formada por gramíneas de baja 
estatura, se localizan en pequeñas extensiones debido a que gran parte 
corresponden a asociaciones secundarias (Leal-Nares, 2009). La gran mayoría de 
estas comunidades de pastos (Figura 13), están relacionadas con la remoción de 
la cubierta vegetal original, ocasionada por actividades antropogénicas (Carranza, 
2005, Robles, 2006). 
 
Figura 14. Imagen de una zona inundable al norte de la cuenca 
La vegetación acuática tiene una distribución restringida a los cuerpos de agua 
(Figura 14), los tipos más frecuentes son el tular y el carrizal. Debido a la poca 
profundidad del lago de Cuitzeo y el gran número de manantiales se desarrollado 
este tipo de vegetación (Leal-Nares, 2009).En la Figura 15 y 16 se muestra el 
mapa de cobertura y uso del terreno para el año 1975 y 2008. 
34 
 
 
Figura 15. Tipos de cobertura y uso del terreno para la cuenca del lago de Cuitzeo 1975 
 
Figura 16. Tipos de cobertura y uso del terreno para la cuenca del lago de Cuitzeo 2008 
35 
 
Dentro de la cuenca se cuenta con una región terrestre prioritaria para la 
conservación no. 111 (cerro Ancho-lago de Cuitzeo) por la Comisión Nacional para 
el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Se considera una región importante 
para la conservación porque está catalogado como el remanente más importante 
del bosque tropical caducifolio que en otros tiempos ocupaba cerca de 11,000 km2 
y que ahora ha desaparecido casi totalmente. Es una región terrestre prioritaria 
(RTP) que comprende en su mayoría al lago de Cuitzeo; al norte se encuentra el 
cerro Ancho que se encuentra cercano al lago de Cuitzeo. La vegetación 
predominante es de matorral subtropical en el cerro Ancho y domina la agricultura 
de temporal y de riego así como la vegetación acuática (Arriaga et al., 2000). 
Por otro lado también se contemplan las denominadas áreas naturales protegidas, 
ubicadas en tres categorías que abarcan un área de 1,370 Ha: 
 
1. “Las tinajas de Huandacareo” en el municipio de Huandacareo 
2. “Manantial la Mintzita” y su zona de amortiguamiento con carácter de zona 
sujeta a preservación ecológica, en el municipio de Morelia 
3. “Ex escuela agrícola denominada La Huerta” en el municipio de Morelia 
4. “Cerro Punhuato” en el municipio de Morelia 
5. “Loma de Santa María y depresiones aledañas de la ciudad de Morelia” en 
el municipio de Morelia 
6. “Instituto Tecnológico Agropecuario No. 7” en el municipio de Tarímbaro 
7. “Fideicomiso de la Ciudad Industrial de Morelia” en el municipio de Morelia 
8. “Francisco Zarco” en el municipio d Morelia 
 
Entre las principales actividades que han provocado el deterioro de los recursos 
naturales de la cuenca están el cambio de uso del terreno, que ha favorecido en 
alguna medida la erosión y consecuentemente el transporte de contaminantes 
aguas abajo y el abatimiento del manto freático (Mendoza, 2001; Galindo, 2005; 
Soto-Galera, 1999; Mendoza et al., 2010), las cuales han agravado la eutrofización 
del lago y una disminución en los niveles del vaso. Otro de los factores que han 
intensificado la problemática ambiental es el crecimiento de la población y la 
expansión de los asentamientos humanos hacia los terrenos agrícolas, los 
bosques y matorrales, ya que esto conlleva una mayor presión sobre los 
ecosistemas (López et al., 2006). 
 
36 
 
Materiales y métodos 
 
Para el desarrollo de esta investigación se contó con datos espacialmente 
distribuidos y datos puntuales. 
 
Datos espaciales 
 Bases de datos cartográficas de cobertura vegetal y uso del terreno por 
periodo de cambio que abarcan de 1975, 1986, 1996, 2000, 2003 y 2008 
(López et al., 2006, Mendoza et al., 2008; Mendoza et al., sometido) 
 Conjunto de datos topográficos vectoriales a escala 1:50,000 (INEGI, 1999) 
 Conjunto de datos tipos de suelos vectoriales a escala 1:50,000 (INEGI, 
2000) 
 
Datos puntuales 
 Datos precipitación diaria, así como temperatura máxima y mínima de las 
16 estaciones meteorológicas de la cuenca. 
 Datos de suelos de 164 pozos levantados por el INEGI, 10 perfiles por el 
Centro de Investigaciones de Geografía Ambiental con diferentes 
finalidades y 13 perfiles en trabajo de campo. 
 Datos de análisis de suelos elaborados por el INEGI, datos del Centro de 
Investigaciones de Geografía Ambiental y trabajo de campo de este 
estudio. 
 
Proyección 
Una indicación pertinente, es que los conjuntos de datos espaciales para 
ArcSWAT se pueden crear en cualquier proyección (la misma proyección se debe 
utilizar para todos los capas de información antes de cualquier proceso). Para este 
caso en particular la proyección de todas las capas de información está dada en 
UTM Zona 14 y el datum WGS84. 
37 
 
Descripción del modelo SWAT 
SWAT (SOIL AND WATER ASSESMENT TOOLS) 
El modelo hidrológico SWAT utiliza la interfaz ArcSWAT para ArcGIS 9.1, 9.2 y 
9.3. 
El modelo SWAT 
El modelo que se aplica en esta tesis es el SWAT, implementado dentro de 
ARCGIS, este modelo está basado en un Balance Hídrico para determinar la 
entrada salida y almacenamiento de agua en la cuenca, este balance se calcula 
con la siguiente ecuación: 
 
SWt = sw + ∑ (Ri - Qi - ETi - Pi - QRi) 
 
Donde: 
SWt es el contenido de agua en el suelo en el día t 
Sw es el agua aprovechable por las plantas o el contenido de agua en le suelo a 
0.1-bar menos el contenido de agua a 15-bar 
t es el tiempo en días 
R es la precipitación diaria 
Q la cantidad de escorrentía diaria 
Et la evapotranspiración diaria 
P la percolación diaria 
QR el flujo de retorno o flujo base 
*Todas las unidades en mm. 
 
Escorrentía o escurrimiento superficial. Es la porción de la lluvia que fluye 
sobre el suelo en zonas de ladera o de pendiente. La escorrentía se origina de dos 
formas: por las lluvias de baja intensidad y larga duración que saturan el suelo y 
en consecuencia, el agua al no poder penetrar en el suelo (infiltrarse) fluye por la 
superficie pendiente a bajo por el camino de menor resistencia; o por las lluvias de 
alta intensidad que sobrepasan la capacidad de infiltración del suelo y por ende se 
desliza superficialmente el agua de exceso (Morgan, 1986). Estos flujos 
superficiales transportan hasta los canales de drenaje, naturales o no, los 
sedimentos que han sido desprendidos por el impacto directo de las gotas de 
lluvia sobre el suelo y los que este flujo puede desprender de la capa superficial 
del suelo. 
 
38 
 
La cantidad de escorrentía (Q) es estimada por medio de la metodología de la 
curva numérica establecida por el servicio de Conservación de Suelos de los 
EEUU (SCS), con datos de lluvia diarios (USDA-SCS, 1972). Q es el escurrimiento 
diario, que está determinado por el suelo, la cobertura de suelo y la práctica de 
manejo que en este se realice. Para ello, usa las tres condiciones de humedad con 
la finalidad de proporcionar estimaciones más realistas del número de la curva. 
 
Q = (R - 0.2 s)2 / (R + 0.8s) R ≥ 0.2s 
Q = 0.0 R ≤ 0.2 s 
 
Donde: 
Q es el escurrimiento diario 
R la lluvia diaria 
S es el parámetro de retención, este parámetro está relacionado con la curva 
numérica (CN) (USDA-SCS, 1972). 
 
S = 254 ((100/CN)-1) 
 
La constante 254 en la ecuación transforma S en mm. Así, R y Q también son 
expresados en mm. SWAT hace correcciones para CN basada en el pendiente, 
debido a que esta descrito para 7% de pendiente. 
 
El modelo SWAT también simula el escurrimiento máximo, a través del método 
racional modificado, el cual se usa ampliamente en el diseño de drenajes, canales 
y sistemas para el control de avenidas, y está basado en el supuesto de que si 
una lluvia de intensidad i comienza en el tiempo t = 0 y continúa indefinidamente, 
la cantidad del escurrimiento se incrementará hasta el tiempo de concentración, t = 
tconc, cuando el área de la cuenca